使用CoppeliaSim运行NAO机器人虚拟环境

作者：丁家恳

联系邮箱：labmemzzf@qq.com

2022/12/17

 

一：问题描述

NAO机器人官方在图形化工具Choregraphe中提供了强大的动作设计功能盒子Timeline，见下图1.1。Timeline中设计完成的动作序列可以在Choregraphe中进行一定的仿真模拟，对于简单的、短时间的动作序列，这种仿真的效果是足够的；但是对于复杂的、长时间的动作序列，由于Choregraphe缺少完成的物理引擎，该仿真模拟无法满足仿真需求，例如，对于舞蹈动作的模拟。

对于Timeline中复杂动作序列的仿真模拟，通常的做法是将动作序列导出为代码，适配到第三方软件中运行仿真。该方法缺乏便利性与实时性，也提高了初学者的学习成本，故本文介绍一种连接Choregraphe与第三方仿真软件的方法，使得在Timeline盒子中的动作序列可以实时在第三方仿真软件中运行，见下图1.2。

图1.1：choregraphe中具备强大功能的动作设计盒子Timeline，图形化交互良好。

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图2.2：Choregraphe与第三方仿真软件CoppeliaSim连接，实时运行Timeline盒子中的动作序列。通过这种方式，可以很便利地完成复杂动作的设计与仿真过程。

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二：环境依赖

详细的安装说明在最后章节讨论，本章节仅作简介。

 

三：快速启动指南

 

1. NAO V6环境（六代机器人，产品外壳颜色为灰黑色）

图3.3.1。

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图3.1.2。

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图3.1.3。

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2. NAO V5环境（五代机器人，产品外壳颜色为蓝色或红色）

图3.2.1。

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或者

取决于你的环境变量中启动python2程序的指令是"python2"还是"python"。

图3.2.3。

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四：环境安装说明

本文全程在Windows10操作系统环境中演示进行。另外，对于有经验的读者，推荐使用docker软件进行环境的配置与管理，本文不做讨论。

下文将提供通用资源，以及两种硬件版本的NAO机器人环境安装推荐方案，理由如下文。

NAO机器人的最新一代产品为NAO V6，也即NAO六代机器人，产品外壳颜色为灰黑色，使用最新版本的Choregraphe与Python NAOqi-SDK软件。然而，目前仍有大量旧式的NAO机器人在使用中，例如NAO V5也即NAO五代机器人，产品外壳颜色为红色或蓝色；更重要的是，github上的NAO相关代码大多不是在NAO V6环境中编写的，包括本文所使用到的项目，流行的仿真软件上的NAO模型也停留更旧式的产品版本上(甚至是NAO V3与NAO V4，产品外壳颜色有诸如橙色等)。因此，仅仅讨论NAO六代机器人环境的话，可能会出现适配问题，故本文提供NAO V6与NAO V5两种机器人环境的安装推荐方案，以较少适配性问题。

 

1. CoppeliaSim安装

首先需要下载最新版本的CoppeliaSim进行安装，目前为止最新的版本号为"Release 4.4.0"。选择最新版本的理由有二：一，安装更旧版本的软件会受到内置时间限制政策的影响，也即强制更新政策，坚持使用旧版本软件需要修改配置文件，可参考https://blog.csdn.net/sunrise_lk/article/details/124245609；二，新版本中NAO模型未有更新，与旧版本一致，使用旧版本没有意义。本文使用软件版本为"Release 4.4.0"。

访问https://www.coppeliarobotics.com/downloads进行软件下载。在Window10平台上有.exe版本安装包下载，运行安装包按照提示安装即可。

图3.1.1.a：CoppeliaSim安装页面，选择教育版点击页面下方"Download"链接安装。需要注意页面上方"Want to choose a different platform? "处可以点击进行操作平台版本切换，下图中已切换至windows版本。

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2. github项目源码拉取

访问开源项目地址：https://github.com/PierreJac/Project-NAO-Control/tree/rework，需要注意本地址已切换至"rework"版本，这是我们需要的项目分支版本。点击页面中"Code"按钮，在下拉菜单中选择点击"Download ZIP"等待下载完成。下载的.zip文件需要解压，推荐使用解压软件7-Zip，软件主页为https://www.7-zip.org/，请读者自行下载安装或者使用其他的解压软件。

图3.1.2.a：github项目页面，点击"Code"按钮展开下拉菜单。注意项目分支已切换至"rework"版本，若未切换至该版本可点击下图"rework"按钮处（若为其他分支版本，按钮处显示"master"或其他）进行切换。

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3. NAO V6机器人环境安装

NAO V6需要下载的Choregraphe版本为"2.8.6 Setup"，需要下载的Python NAOqi-SDK版本为"2.1.4 Python 2.7 SDK Setup"（要先安装Python2.7.13运行环境）。

下载直链：

安装顺序为：Python2.7、Python NAOqi-SDK、Choregraphe。三种安装包均是图像化安装，读者按照提示依次安装即可。有安装困难的，请读者参考对应安装文档，并自行验证安装是否成功。

特别说明的是NAO V6的Python NAOqi-SDK是有支持Python3版本的，但是并不支持windows环境，有经验的读者可以尝试。另外，不选择更高版本的Python NAOqi-SDK版本的理由是更高的版本没有.exe安装包版本，仅有.zip版本或其他版本，有经验的、有更高需求的读者可以尝试，在本文中"2.1.4 Python 2.7 SDK Setup"版本已足够使用。

不推荐NAO V6使用更低版本的Choregraphe，部分功能无法使用。

 

4. NAO V5机器人环境安装

NAO V5需要下载的Choregraphe版本为"2.1.4 Setup"，需要下载的Python NAOqi-SDK版本为"2.1.4 Python 2.7 SDK Setup"（要先安装Python2.7.13运行环境）。

下载直链：

安装顺序为：Python2.7.13、Python NAOqi-SDK、Choregraphe。三种安装包均是图像化安装，读者按照提示依次安装即可。有安装困难的，请读者参考对应安装文档，并自行验证安装是否成功。

不推荐NAO V5使用更高版本的Choregraphe，部分功能无法使用。对于更旧产品版本的NAO机器人，可以尝试更旧版本的Choregraphe版本，推荐的版本是1.14，但是这些版本的软件官网已经停止下载，需要读者自行查找。

 

五：更多